JP2002321991A - Sliding part - Google Patents
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- JP2002321991A JP2002321991A JP2001130138A JP2001130138A JP2002321991A JP 2002321991 A JP2002321991 A JP 2002321991A JP 2001130138 A JP2001130138 A JP 2001130138A JP 2001130138 A JP2001130138 A JP 2001130138A JP 2002321991 A JP2002321991 A JP 2002321991A
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- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、メカニカルシール
等の摺動部品に関する。更に詳しくは、炭素成形体を炭
化珪素の被覆層で覆うと共に、摺動面を耐酸化性の含有
層で覆われている耐熱、耐強度、低摺動抵抗、耐酸化
性、耐蒸気性に優れた摺動部品の技術分野に関する。The present invention relates to a sliding part such as a mechanical seal. More specifically, the carbon molded body is covered with a coating layer of silicon carbide, and the sliding surface is covered with an oxidation-resistant containing layer, which has heat resistance, strength resistance, low sliding resistance, oxidation resistance, and steam resistance. It relates to the technical field of excellent sliding parts.
【０００２】[0002]
【従来の技術】本発明の先行技術として、特開２０００
−８８１１１号公報が存在する。この公報には、炭素基
材の摺動面も含めた全面に内部へ向かって炭素−炭化珪
素複合材に構成したメカニカルシール部材Ａの技術が開
示されている。2. Description of the Related Art Prior art of the present invention is disclosed in
-88111 exists. This publication discloses a technique of a mechanical seal member A made of a carbon-silicon carbide composite material inwardly to the entire surface including the sliding surface of a carbon base material.
【０００３】一方、この先行技術より以前の従来技術と
して、特開平１０−５３４８０号公報が存在し、この特
開平１０−５３４８０号公報には、炭素基材の摺動面を
含む全表面にシリコンペーストを塗布し、シリコンペー
ストにより炭素基材の表面を炭化珪素質に転化したメカ
ニカルシール部材Ｂが開示されている。On the other hand, as a prior art prior to this prior art, there is JP-A-10-53480, which discloses that the entire surface of a carbon substrate including a sliding surface is coated with silicon. A mechanical seal member B in which a paste is applied and the surface of a carbon base material is converted into silicon carbide using a silicon paste is disclosed.
【０００４】このメカニカルシール部材Ｂは、炭素基材
の表面にシリコンペーストを塗布して化学反応させて炭
化珪素に転化するものであって、炭素基材に形成した気
孔の半径が０．００１ｍｍ以下の大きさであると、シリ
コンペーストが内部に浸透しにくく、表面から最大２ｍ
ｍ位しか浸透しないと言われている。従って、熱処理後
に形成される炭素−炭化珪素複合層の厚さも２ｍｍ程度
が最大限度となる。The mechanical seal member B is formed by applying a silicon paste to the surface of a carbon substrate and causing a chemical reaction to convert the silicon paste into silicon carbide. The radius of pores formed in the carbon substrate is 0.001 mm or less. Size, it is difficult for silicon paste to penetrate into the inside, and up to 2m from the surface
It is said that only m-levels penetrate. Therefore, the maximum thickness of the carbon-silicon carbide composite layer formed after the heat treatment is about 2 mm.
【０００５】更に、炭素基材の内部への浸透も均一では
なく、このため、形成される炭素−炭化珪素複合層の厚
みも均一とはならず、この厚さにバラツキが生じてい
る。このバラツキは、炭素−炭化珪素複合層の厚さが部
分的に相違することになるから、高温になるにつれて炭
素と炭化珪素との熱膨張係数の違いにより摺動面等も歪
んでくる。[0005] Further, the penetration into the inside of the carbon base material is not uniform, so that the thickness of the carbon-silicon carbide composite layer formed is not uniform, and the thickness varies. This variation is due to the partial difference in the thickness of the carbon-silicon carbide composite layer. Therefore, as the temperature increases, the sliding surface and the like also become distorted due to the difference in the thermal expansion coefficient between carbon and silicon carbide.
【０００６】そして、前述したメカニカルシール部材Ａ
は、この欠点を解決するために、シリコンに炭化硼素を
加えて触媒作用を付与し、シリコンが炭素基材の内部深
くまで浸透するようにして厚肉の炭素−炭化珪素複合材
を形成するものである。このため、小型メカニカルシー
ルの場合には、ほとんどが炭化珪素に改質されてしまう
恐れがある。つまり、従来の炭化珪素摺動材と、製法を
除いては、何ら変わらないものとなる。The mechanical seal member A described above
In order to solve this drawback, a method in which boron carbide is added to silicon to provide a catalytic action, so that silicon penetrates deep inside the carbon base material to form a thick carbon-silicon carbide composite material. It is. For this reason, in the case of a small mechanical seal, there is a possibility that most of the material is reformed into silicon carbide. That is, there is no difference from the conventional silicon carbide sliding material except for the manufacturing method.
【０００７】また、炭化珪素に化学反応する過程で、シ
リコンとカーボンとの量的関係で、シリコンが残存する
ことになる。更には、炭化珪素とカーボンとの硬度の相
違により、炭化珪素が凸状となる。このため、全面にわ
たり気孔が大きく形成されて強度低下になる恐れがあ
る。そこで、炭化珪素の表面に金属、又は樹脂を含浸し
て被密封流体が透過しないように構成する必要がある。
更には、炭素基材は高密度、高強度炭素材と呼ばれる炭
素基材を使用して、強度を増してやらねばならない。こ
の炭素基材の高密度は、１．７ｇ／ｃｍ３以上であると
している。つまり、高密度に構成しなければ炭化珪素化
率を調整できないことが分かる。Further, in the process of chemically reacting with silicon carbide, silicon remains due to the quantitative relationship between silicon and carbon. Further, due to the difference in hardness between silicon carbide and carbon, silicon carbide becomes convex. For this reason, there is a possibility that pores are formed large over the entire surface and the strength is reduced. Therefore, it is necessary to impregnate the surface of silicon carbide with a metal or a resin so as to prevent the sealed fluid from permeating.
Further, the carbon base material must be made stronger by using a carbon base material called a high-density, high-strength carbon material. High density of the carbon substrate is a is 1.7 g / cm 3 or more. That is, it can be seen that the silicon carbide conversion rate cannot be adjusted unless the density is high.
【０００８】更に、炭化珪素に改質後には、表面には厚
さ０．００３から０．０２０ｍｍの硬質な被覆膜が残る
ので、この被覆膜を取り除いてやらねばならない。特
に、この被膜層を摺動面に構成する場合には、この被覆
膜を研磨により取り除く仕上げ加工しなければならな
い。Further, after the silicon carbide is modified, a hard coating film having a thickness of 0.003 to 0.020 mm remains on the surface, and this coating film must be removed. In particular, when this coating layer is formed on the sliding surface, it is necessary to finish the coating film by polishing.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来技術のメカニカルシールＢに於いては、摺動面を炭
素−炭化珪素複合層のまま、仕上げ加工せずに、使用す
ることは困難である。このために摺動面を研磨仕上げす
ることになるが、仕上げ加工すると、炭素−炭化珪素複
合層は薄くて仕上げ代が無いから、この複合層が研磨に
より消滅することになる。従って、従来の炭素基材その
ままのむき出し状態でシールすることになり、何らの進
歩も見え出せなくなる。As described above,
In the mechanical seal B of the prior art, it is difficult to use the sliding surface with the carbon-silicon carbide composite layer as it is without finishing. For this reason, the sliding surface is polished and finished. However, when the finishing process is performed, the carbon-silicon carbide composite layer is thin and has no finishing allowance, and thus the composite layer disappears by polishing. Accordingly, the sealing is performed in a bare state of the conventional carbon base material, and no progress can be seen.
【００１０】更には、炭素−炭化珪素複合層が存在した
としても、この複合層の厚さが薄いので、摺動中に作用
力を受けると、損傷を惹起することになる。又、炭素−
炭化珪素複合層は、前述したように厚さにバラツキが形
成されているので、摺動面に歪みが発生することにな
り、この歪みがシール能力に影響することになる。特
に、高温状態での使用においては、この歪みが顕著に現
れることになり、シール能力を低下させることになる。Furthermore, even if a carbon-silicon carbide composite layer is present, the composite layer is so thin that it will be damaged if subjected to an acting force during sliding. Also, carbon-
Since the thickness of the silicon carbide composite layer varies as described above, distortion occurs on the sliding surface, and this distortion affects the sealing ability. In particular, when used in a high temperature state, this distortion will be noticeable, and the sealing ability will be reduced.
【００１１】次に、先行技術のメカニカルシールＡは、
従来技術のメカニカルシールＢの炭素−炭化珪素複合層
が薄いので不具合になるとして、この厚さについて改良
し、厚い複合層を可能とした技術である。従って、表面
である摺動面は、炭素−炭化珪素複合層に形成されてい
るから、メカニカルシールの摺動面としては、従来の炭
化珪素摺動材と何ら変わるものではない。このため、一
対となる相手の密封環は、摩擦係数の小さいカーボン摺
動材を使用しないと摺動抵抗の点で問題となる（１対の
密封環を両者とも炭化珪素の密封環にすると、特殊な構
成に形成しない限り、摺動面の摺動特性等が問題とな
り、使用が困難になる）。Next, the mechanical seal A of the prior art is
This is a technique in which the thickness of the carbon-silicon carbide composite layer of the mechanical seal B of the prior art is considered to be inferior because it is thin, and this thickness has been improved to enable a thick composite layer. Therefore, since the sliding surface, which is the surface, is formed in the carbon-silicon carbide composite layer, the sliding surface of the mechanical seal is not different from the conventional silicon carbide sliding material. For this reason, the sealing ring of the mating partner becomes a problem in terms of sliding resistance unless a carbon sliding material having a small coefficient of friction is used (when both sealing rings are made of silicon carbide, Unless it is formed in a special configuration, the sliding characteristics of the sliding surface become a problem, and use becomes difficult.)
【００１２】又、炭素−炭化珪素複合層は炭素（Ｃ）を
シリコン（Ｓｉ）と反応させて炭化珪素（ＳｉＣ＋Ｃ）
に構成するので、大きな気孔が生成することになり、こ
の気孔から被密封流体が漏洩するのを防止するために、
金属又は樹脂を含浸させて再焼結しなければならない問
題がある。更には、炭素−炭化珪素複合層の厚さを設定
するために高密度、高強度炭素材を選定しなければなら
ない。特に、密度が１．７ｇ／ｃｍ３以上の炭素基材を
選定しなければならないので、製造に於ける炭素材料の
選定、工程管理が困難を来すことになる。更には、炭素
−炭化珪素複合層の厚さも触媒としての炭化硼素の量に
より決定されるので、炭素−炭化珪素複合層の厚さごと
に硼素の量を調整しなければならない問題が存在する。The carbon-silicon carbide composite layer reacts carbon (C) with silicon (Si) to form silicon carbide (SiC + C).
Therefore, large pores will be generated, and in order to prevent leakage of the sealed fluid from the pores,
There is a problem that it has to be impregnated with metal or resin and re-sintered. Furthermore, in order to set the thickness of the carbon-silicon carbide composite layer, a high-density, high-strength carbon material must be selected. In particular, it is necessary to select a carbon base material having a density of 1.7 g / cm 3 or more, which makes it difficult to select a carbon material and control the process in manufacturing. Further, since the thickness of the carbon-silicon carbide composite layer is also determined by the amount of boron carbide as a catalyst, there is a problem that the amount of boron must be adjusted for each thickness of the carbon-silicon carbide composite layer.
【００１３】本発明は、上述のような問題点に鑑み成さ
れたものであって、その解決しようとする技術的課題
は、炭素成形体から成る摺動部品の摺動面の潤滑、耐酸
化性、耐熱の機能を発揮させる能力を付与すると共に、
炭素成形体全体が耐熱性、耐酸化性等の使用状態におけ
る外部環境に対抗できるようにすることにある。又、摺
動部品の摺動面を高温酸化雰囲気中でも酸化防止できる
と共に、低摩擦機能を付与することにある。特に、摺動
部品が、高温蒸気雰囲気中でも耐酸化機能を有し、且つ
摺動面の耐摩耗性を長期に渡り保持することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and a technical problem to be solved is to solve the problem of lubrication and oxidation resistance of a sliding surface of a sliding part made of a carbon molded body. While giving the ability to demonstrate the function of heat resistance and heat resistance,
An object of the present invention is to enable the entire carbon molded body to withstand an external environment in a use state such as heat resistance and oxidation resistance. It is another object of the present invention to prevent the sliding surface of the sliding component from being oxidized even in a high-temperature oxidizing atmosphere and to provide a low friction function. In particular, a sliding component has an oxidation resistance function even in a high-temperature steam atmosphere, and also maintains the wear resistance of a sliding surface for a long period of time.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は上述のような課
題を解決するために成されたものであって、その課題を
解決する手段は、以下のように構成されている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the means for solving the problems is constituted as follows.
【００１５】請求項１に係わる本発明の摺動部品は、摺
動面を除いて炭化珪素の被覆層に覆われた炭素成形体の
前記摺動面に耐酸化性向上の成分が含まれる含有層を有
するものである。The sliding component according to the first aspect of the present invention is characterized in that the sliding surface of the carbon molded body covered with the silicon carbide coating layer except for the sliding surface contains a component for improving oxidation resistance. It has a layer.
【００１６】請求項１に係わる本発明の摺動部品では、
摺動面に耐酸化性の成分、即ち金属リン酸、酸化珪素、
リチウム化合物が含まれる含有層が形成されているの
で、炭素成形体の炭素が酸化して機能低下するのを防止
するものである。そして、摺動面の機能、例えば、シー
ル能力を発揮させるものである。同時に、炭素の潤滑成
分が対応する接合面に付着して酸化されることを防止し
すると共に、潤滑機能を向上させるものである。In the sliding component according to the first aspect of the present invention,
Oxidation-resistant components on the sliding surface, that is, metal phosphoric acid, silicon oxide,
Since the containing layer containing the lithium compound is formed, it is possible to prevent the carbon of the carbon molded article from being oxidized and deteriorated in function. Then, the function of the sliding surface, for example, the sealing ability is exhibited. At the same time, it prevents the lubricating component of carbon from adhering to the corresponding joint surface and being oxidized, and improves the lubricating function.
【００１７】又、この含有層は、高温酸化雰囲気中で
も、高温蒸気雰囲気中でも摺動面の酸化を防止して境界
潤滑状態や固体潤滑状態に於いても低摩擦を発揮するこ
とが可能になる。同時に、炭素成形体の摺動面以外の全
面が炭化珪素の被覆層で覆われているので、高温酸化雰
囲気中でも、高温蒸気雰囲気中でも、炭素成形体を保護
して耐酸化性、耐高温性の機能を発揮することが可能に
なる。更に、炭素成形体の強度を炭化珪素の被覆層によ
り補強することができる。This layer can prevent the sliding surface from being oxidized in a high-temperature oxidizing atmosphere or a high-temperature steam atmosphere, and can exhibit low friction in a boundary lubrication state or a solid lubrication state. At the same time, the entire surface other than the sliding surface of the carbon molded body is covered with the silicon carbide coating layer, so that the carbon molded body can be protected even in a high-temperature oxidizing atmosphere or a high-temperature steam atmosphere by protecting the carbon molded body from oxidation resistance and high-temperature resistance. It becomes possible to demonstrate functions. Further, the strength of the carbon molded body can be reinforced by the coating layer of silicon carbide.
【００１８】請求項２に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品は、含有層が金属リン酸化合物を含有するもので
ある。The sliding part of the carbon molded article according to the second aspect of the present invention is one wherein the containing layer contains a metal phosphate compound.
【００１９】請求項２に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品では、この含有層に金属リン酸化合物を含有する
ので、５００°Ｃ以上の高温状態で耐酸化性を発揮する
ことが可能になる。同時に、摩擦係数を小さく保持する
ことも可能になる。そして、炭素成形体の外面は炭化珪
素の被覆層により覆われているから、摺動面側がこの被
覆層により酸化するのを防止されると共に、摺動時に摺
動面側の炭素成形体の強度を補強して損傷するのを防止
することができる。In the sliding part of the carbon molded article according to the second aspect of the present invention, since the metal phosphate compound is contained in this layer, it is possible to exhibit oxidation resistance at a high temperature of 500 ° C. or higher. become. At the same time, the coefficient of friction can be kept small. Since the outer surface of the carbon molded body is covered with the silicon carbide coating layer, the sliding surface side is prevented from being oxidized by the coating layer, and the strength of the carbon molded body on the sliding surface side during sliding is reduced. Can be prevented from being damaged.
【００２０】請求項３に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品は、含有層が酸化ケイ素と金属リン酸化合物を含
有するものである。According to a third aspect of the present invention, in the sliding part of the carbon molded article, the containing layer contains silicon oxide and a metal phosphate compound.
【００２１】請求項３に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品では、酸化ケイ素が高温蒸気状態で耐酸化性と同
時に、低摩擦状態を長期に渡り保持する。更に、金属リ
ン酸化合物が、高温耐酸化性を発揮させると共に、高温
での摩擦係数を小さくすることができる。そして、炭素
成形体の外面は炭化珪素の被覆層により覆われているか
ら、摺動面側がこの被覆層により酸化するのを防止する
と共に、摺動時に摺動面側の炭素成形体の強度を補強し
て損傷するのを防止することができる。[0021] In the sliding part of the carbon molded body according to the third aspect of the present invention, silicon oxide maintains oxidation resistance in a high-temperature vapor state and simultaneously maintains a low friction state for a long time. Further, the metal phosphate compound can exhibit high-temperature oxidation resistance and reduce the friction coefficient at high temperatures. Since the outer surface of the carbon molded body is covered with the coating layer of silicon carbide, the sliding surface side is prevented from being oxidized by the coating layer, and the strength of the carbon molded body on the sliding surface side during sliding is reduced. It can be reinforced to prevent damage.
【００２２】請求項４に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品は、含有層が金属リン酸化合物とリチウム化合物
の混合化合物を含有するものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the sliding part of the carbon molded body, the containing layer contains a mixed compound of a metal phosphate compound and a lithium compound.
【００２３】請求項４に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品では、金属リン酸化合物とリチウム化合物の混合
化合物が、高温耐酸化性を発揮させると共に、高温での
摩擦係数を小さくすることができる。更に、リチウムが
含有層を厚く形成させる働きをして、１回で必要とする
厚さに形成できることを可能にする。そして、炭素成形
体の外面は炭化珪素の被覆層により覆われているから、
摺動面側がこの被覆層により酸化するのを防止すると共
に、摺動時に摺動面側の炭素成形体の強度を補強して損
傷するのを防止することができる。In the sliding component of the present invention according to claim 4, the mixed compound of the metal phosphate compound and the lithium compound exhibits high-temperature oxidation resistance and reduces the friction coefficient at high temperatures. Can be. Further, lithium functions to form the containing layer thickly, thereby enabling the required thickness to be formed at one time. And since the outer surface of the carbon molded body is covered with the coating layer of silicon carbide,
It is possible to prevent the sliding surface side from being oxidized by the coating layer and to reinforce the strength of the carbon molded body on the sliding surface side during sliding to prevent damage.
【００２４】請求項５に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品は、リン酸化合物の金属がアルミニウム又は／及
び亜鉛に構成されているものであるAccording to a fifth aspect of the present invention, there is provided the sliding part of the carbon molded body according to the present invention, wherein the metal of the phosphoric acid compound is aluminum or zinc.
【００２５】請求項５に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品では、リン酸化合物の金属がアルミニウムの場合
には高温状態で摺動面の摩擦係数を小さく保持すること
が可能になる。又、リン酸化合物の金属が亜鉛の場合に
は、高温酸化雰囲気中でも炭素成形体の摺動面が酸化す
るのを防止することが可能になる。そして、炭素成形体
の外面は炭化珪素の被覆層により覆われているから、摺
動面側がこの被覆層により酸化するのを防止すると共
に、摺動時に摺動面側の炭素成形体の強度を補強して損
傷するのを防止することができる。In the sliding part of the carbon molded article according to the fifth aspect of the present invention, when the metal of the phosphate compound is aluminum, the friction coefficient of the sliding surface can be kept small at a high temperature. When the metal of the phosphate compound is zinc, it is possible to prevent the sliding surface of the carbon molded body from being oxidized even in a high-temperature oxidizing atmosphere. Since the outer surface of the carbon molded body is covered with the coating layer of silicon carbide, the sliding surface side is prevented from being oxidized by the coating layer, and the strength of the carbon molded body on the sliding surface side during sliding is reduced. It can be reinforced to prevent damage.
【００２６】請求項６に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品は、炭化珪素の被覆層の厚さが０．５ｍｍから５
ｍｍの厚さに形成されているものである。The sliding part of the carbon molded product according to the present invention according to claim 6 is characterized in that the silicon carbide coating layer has a thickness of 0.5 mm to 5 mm.
mm.
【００２７】請求項６に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品では、炭素成形体を覆う被覆層が、炭素成形体の
炭素が高温においても酸化するのを防止することができ
る。特に、被覆層は摺動面側が酸化するのを含有層と協
同して防止すると共に、摺動面側を補強することが出来
る。そして、この被覆層の厚さは、耐酸化性と、耐熱性
と、摺動面側の補強等を目的とするものであるから、被
覆層の厚さは、必要最小の厚さで十分である。このた
め、被覆層の製造は低コストで容易であると共に、均一
な厚に成形することもできるので品質が安定する。[0027] In the sliding part of the present invention according to claim 6, the coating layer covering the carbon molded body can prevent carbon of the carbon molded body from being oxidized even at a high temperature. In particular, the coating layer cooperates with the containing layer to prevent the sliding surface side from being oxidized and can reinforce the sliding surface side. The thickness of the coating layer is intended for oxidation resistance, heat resistance, reinforcement of the sliding surface side, and the like. Therefore, the minimum required thickness of the coating layer is sufficient. is there. Therefore, the production of the coating layer is easy at a low cost, and the coating layer can be formed into a uniform thickness, so that the quality is stable.
【００２８】[0028]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる実施の形態
を示す摺動部品について詳述する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a sliding component according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
【００２９】図１は、本発明の摺動部品１をメカニカル
シール５０に取り付けた断面図である。図１に於いて、
メカニカルシール５０はケーシング４の内周面と回転軸
３の外周面との間に装着される。このメカニカルシール
５０には、回転用摺動部品１Ａと固定用摺動部品１Ｂと
が取り付けられている。この回転用摺動部品１Ａは、ケ
ース５と一体にして回転軸３に装着されている。更に、
回転用摺動部品１Ａは、ケース５に支持されたばね６に
より固定用摺動部品１Ｂへ押圧状態に配置されている。
又、摺動面２Ｂを設けた固定用摺動部品１Ｂは、ケーシ
ング４に固着されている。そして、この固定用摺動部品
１Ｂの摺動面２Ｂと回転用摺動部品１Ａの摺動面２Ａと
が密接状態に配置されている。FIG. 1 is a sectional view in which the sliding component 1 of the present invention is mounted on a mechanical seal 50. In FIG.
The mechanical seal 50 is mounted between the inner peripheral surface of the casing 4 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 3. A rotary sliding component 1A and a fixed sliding component 1B are attached to the mechanical seal 50. The rotary sliding component 1A is mounted on the rotary shaft 3 integrally with the case 5. Furthermore,
The rotating sliding component 1A is disposed in a pressed state against the fixing sliding component 1B by a spring 6 supported by the case 5.
The fixed sliding component 1B provided with the sliding surface 2B is fixed to the casing 4. The sliding surface 2B of the fixed sliding component 1B and the sliding surface 2A of the rotating sliding component 1A are arranged in close contact with each other.
【００３０】本発明の摺動部品１は、回転用摺動部品１
Ａとしても、固定用摺動部品１Ｂとしても利用できる。
本発明の摺動部品１は、図２から図５に示すようにして
製造される。The sliding component 1 of the present invention is a rotating sliding component 1.
A can also be used as the fixing sliding component 1B.
The sliding component 1 of the present invention is manufactured as shown in FIGS.
【００３１】図２は、炭素成形体１０である。カーボン
を成形して熱処理し、加工すると炭素成形体に形成され
る。この炭素成形体１０は、摺動部品と同一形状である
が、後工程で摺動面２を加工形成するために、この部分
のみは、図４から明らかなように長く形成されている。
炭素成形体１０は、成型、焼成工程により形成されるた
めに微少な気孔が形成される。この気孔率は、設定に応
じて形成することができる。これらの炭素成形体１０
は、コークス、カーボンブラック、黒鉛等の微粉末にタ
ールやピッチなど炭化性のバインダーを加えて混合する
と共に、混練工程を経て、その後に窒素等の非酸化性の
雰囲気中で１０００°Ｃから１５００°Ｃで焼成してバ
インダーを炭化させる方法が採用される。そして、炭素
質カーボン成形体、黒鉛質カーボン成形体等を成形す
る。FIG. 2 shows a carbon molded body 10. When carbon is molded, heat-treated and processed, it is formed into a carbon molded body. Although this carbon molded body 10 has the same shape as the sliding part, only this part is formed long as is clear from FIG. 4 in order to process and form the sliding surface 2 in a later step.
Since the carbon molded body 10 is formed by the molding and firing steps, fine pores are formed. This porosity can be formed according to the setting. These carbon compacts 10
Is prepared by adding a carbonizable binder such as tar and pitch to fine powder such as coke, carbon black, and graphite, and mixing and then, after kneading, in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen at 1000 ° C. to 1500 ° C. A method in which the binder is carbonized by firing at ° C is employed. Then, a carbonaceous carbon molded body, a graphite carbon molded body, and the like are molded.
【００３２】これらは、２５００°Ｃから３０００°Ｃ
に焼成して全体を黒鉛質に変化させる方法も採用され
る。又、微細な気孔を更に小さく調整する方法は、熱硬
化性合成樹脂等の炭化性有機物を含浸させた後に、再焼
成して有機物を炭化させる方法もある、これらの気孔率
は、含有させる材料成分の他に、成形方法、焼成方法等
を組み合わせて１から４０％の気孔を成形することが可
能であることは知られている。These are from 2500 ° C. to 3000 ° C.
To change the whole into graphite. In addition, a method of adjusting the fine pores to a smaller size is a method of impregnating a carbonizable organic material such as a thermosetting synthetic resin and then refiring to carbonize the organic material. It is known that 1 to 40% of the pores can be formed by combining a forming method, a firing method, and the like in addition to the components.
【００３３】この様にして図２に示す炭素成形体１０は
成形される。この炭素成形体１０は、図３に示すように
炭素成形体１０の全面に０．５から５ｍｍの厚さの炭化
珪素の被覆層３０を形成する。この被覆層３０の厚さは
炭素成形体の大きさにより設定されるもので、全体の厚
さの１／３の厚さの被覆層にする場合もある。しかし、
それ以上にすると炭素焼結体の部分が少なくなるので好
ましくない。Thus, the carbon compact 10 shown in FIG. 2 is formed. As shown in FIG. 3, the carbon molded body 10 has a coating layer 30 of silicon carbide having a thickness of 0.5 to 5 mm formed on the entire surface of the carbon molded body 10. The thickness of the coating layer 30 is set according to the size of the carbon molded body, and may be a coating layer having a thickness of 1/3 of the entire thickness. But,
If it is more than that, the portion of the carbon sintered body decreases, which is not preferable.
【００３４】次に、この被覆層３０の製造方法の一実施
例を述べる。先ず、炭素成形体の全面にシリコン粉末を
含有したスラリーを全面に塗布する。このスラリーは、
平均粒径が０．０３０から０．０５０ｍｍのケイ素粉末
に、例えばポリアミドイミド、ポリビニルアルコール、
ポリアミド樹脂等の樹脂を混合して製造する。この樹脂
は、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジ
メチルスルホキサイド、Ｎメチルー２ピロリドン等を溶
媒に熔解させて使用する。尚、被覆層の厚さを厚くする
ときには、炭化硼素を適量添加する。例えば、金属リン
酸化合物に対して５から４０重量％の割合にする。好ま
しい割合としては、ケイ素粉末８０重量％に対して炭化
硼素粉末２０重量％という比率である。この様にすると
均一な被覆層が形成される。Next, an embodiment of a method of manufacturing the coating layer 30 will be described. First, a slurry containing silicon powder is applied to the entire surface of the carbon molded body. This slurry is
Silicon powder having an average particle size of 0.030 to 0.050 mm, for example, polyamide imide, polyvinyl alcohol,
It is manufactured by mixing a resin such as a polyamide resin. This resin is used by dissolving dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like in a solvent. When increasing the thickness of the coating layer, an appropriate amount of boron carbide is added. For example, the ratio is 5 to 40% by weight based on the metal phosphate compound. A preferable ratio is a ratio of 20% by weight of boron carbide powder to 80% by weight of silicon powder. In this way, a uniform coating layer is formed.
【００３５】この様にして調製されたスラリーに炭素成
形体１０を入れて溶浸するか、或いは、塗布して約３０
０°Ｃの温度で２時間くらい乾燥する。その後に、不活
性ガス雰囲気中で高温熱処理する。この昇温速度は、約
４００°Ｃ／時間で進行させ１６００°Ｃまで達した後
に約３０分間保持して空冷する。この様にして炭素
（Ｃ）とシリコン（Ｓｉ）とを反応させて炭化珪素に改
質する。炭素成形体１０の気孔は炭化珪素により塞がれ
るので、この炭化珪素に改質された被覆層３０により、
ガスや液体等の流体は炭素成形体１０の内部に侵入する
のが防止される。The slurry prepared as described above is put into the carbon compact 10 and infiltrated or applied to the slurry for about 30 minutes.
Dry at 0 ° C for about 2 hours. Thereafter, high-temperature heat treatment is performed in an inert gas atmosphere. The temperature is raised at a rate of about 400 ° C./hour. After the temperature reaches 1600 ° C., the temperature is maintained for about 30 minutes and air-cooled. In this way, carbon (C) and silicon (Si) are reacted to reform silicon carbide. Since the pores of the carbon molded body 10 are closed by silicon carbide, the coating layer 30 modified to silicon carbide allows
Fluid such as gas and liquid is prevented from entering the inside of the carbon molded body 10.
【００３６】又、この被覆層３０は、この他にも種々の
方法で形成することができる。例えば、ＳｉＯガスを反
応剤にすることもできるが気孔率が大きくなる嫌いがあ
る。この場合は摺動面２（切断面２１）以外の全面を含
浸した樹脂によ不浸透化することもできる。炭素成形体
の表層部に液体Ｓｉを溶浸して炭素粒子の周囲をＳｉＣ
化する方法は、ＳｉＣ（中量）＋Ｃ（大量）＋Ｓｉ（微
量）に構成されるが、図６に示すような構成図になるも
のと認められる。The coating layer 30 can be formed by various other methods. For example, SiO gas can be used as a reactant, but there is a tendency to increase the porosity. In this case, the entire surface other than the sliding surface 2 (cut surface 21) can be impervious to the resin impregnated. Liquid Si is infiltrated into the surface layer of the carbon molded body to form SiC around the carbon particles.
Although the method of forming is composed of SiC (medium amount) + C (large amount) + Si (trace amount), it is recognized that the configuration is as shown in FIG.
【００３７】図３に示すように炭素成形体１０が炭化珪
素の被覆層３０により被覆された後に、図４に示すよう
に図示左側の余分部１Ａを切断して切断面２１を形成す
る。After the carbon molded body 10 is covered with the silicon carbide coating layer 30 as shown in FIG. 3, the excess portion 1A on the left side of the figure is cut to form a cut surface 21 as shown in FIG.
【００３８】図４に示すようにして形成した切断面２１
に金属リン酸化合物溶液を含浸し、又は酸化ケイ素粒子
分散液と金属リン酸化合物溶液の混合溶液を含浸し、或
いは金属リン酸化合物溶液とリチウム化合物の混合溶液
を含浸し、その後に４００°Ｃから１３００°Ｃの範囲
の温度で熱処理して摺動面２に、或いはその摺動面２２
に形成された気孔部に侵入する形の混合溶液の乾燥した
含有層２０を切断面２１全面に形成する。The cut surface 21 formed as shown in FIG.
Impregnated with a metal phosphate compound solution, or with a mixed solution of a silicon oxide particle dispersion and a metal phosphate compound solution, or with a mixed solution of a metal phosphate compound solution and a lithium compound, and then at 400 ° C. Heat treatment at a temperature in the range of 1300 ° C. to the sliding surface 2 or the sliding surface 22 thereof.
A dry containing layer 20 of the mixed solution is formed on the entire cut surface 21 so as to penetrate the pores formed in the above.
【００３９】図５は被覆層３０が形成された炭素成形体
１０の切断面２１に耐酸化性の含有層２０を形成したも
のである。この様にして形成された摺動部品１は、摺動
面２に耐酸化性の成分、即ち金属リン酸、酸化珪素、リ
チウム化合物が含まれる含有層２０が形成されているの
で、炭素成形体１０の炭素が酸化して機能低下するのを
防止するものである。そして、摺動面２の機能、例え
ば、シール能力を発揮させるものである。同時に、炭素
の潤滑成分が対向する接合面に付着して酸化されること
を防止すると共に、潤滑機能を向上させることができ
る。FIG. 5 shows the carbon molded body 10 on which the coating layer 30 is formed, in which the oxidation-resistant containing layer 20 is formed on the cut surface 21. The sliding component 1 formed in this manner has a sliding surface 2 on which an oxidation-resistant component, that is, a layer 20 containing metal phosphoric acid, silicon oxide, and a lithium compound is formed. This prevents the carbon 10 from being oxidized and degraded in function. Then, the function of the sliding surface 2, for example, the sealing ability is exhibited. At the same time, it is possible to prevent the lubricating component of carbon from adhering to and oxidizing the joint surfaces facing each other, and to improve the lubricating function.
【００４０】又、この含有層２０は、高温酸化雰囲気中
でも、高温蒸気雰囲気中でも摺動面２の酸化を防止して
境界摩擦状態や乾燥摩擦状態に於いて低摩擦を発揮する
ことが可能になる。同時に、炭素成形体の摺動面２以外
の全面が炭素珪素の被覆層３０で覆われているので、高
温酸化雰囲気中でも、高温蒸気雰囲気中でも炭素成形体
を保護して耐酸化性、耐高温性の機能を発揮することが
可能になる。更に、炭素成形体１０の強度を炭化珪素の
被覆層３０により補強することができる。The containing layer 20 can prevent the sliding surface 2 from being oxidized in a high-temperature oxidizing atmosphere or a high-temperature steam atmosphere, and can exhibit low friction in a boundary friction state or a dry friction state. . At the same time, since the entire surface of the carbon molded body other than the sliding surface 2 is covered with the coating layer 30 of carbon silicon, the carbon molded body is protected even in a high-temperature oxidizing atmosphere or a high-temperature steam atmosphere, thereby achieving oxidation resistance and high-temperature resistance. Function can be exhibited. Further, the strength of the carbon molded body 10 can be reinforced by the coating layer 30 of silicon carbide.
【００４１】[0041]
【発明の効果】本発明に係わる摺動部品は、以下のよう
な効果を奏する。請求項１に係わる本発明の炭素成形体
の摺動部品によれば、摺動面に耐酸化性の成分、即ち金
属リン酸、酸化珪素、リチウム化合物等が含まれる含有
層が形成されているので、炭素成形体の炭素が高温状態
で酸化して摺動機能が低下するのを効果的に防止するも
のである。そして、摺動面の機能、例えば、シール能力
を発揮させる。同時に、炭素の潤滑成分が対応する接合
面に付着して酸化されることを防止し、潤滑機能を向上
させる効果を奏する。The sliding component according to the present invention has the following effects. According to the sliding part of the carbon molded article of the present invention according to claim 1, the sliding surface is provided with the layer containing the oxidation-resistant component, that is, the metal phosphoric acid, the silicon oxide, the lithium compound and the like. Therefore, it is possible to effectively prevent the carbon of the carbon molded body from being oxidized in a high temperature state and the sliding function from being lowered. Then, the function of the sliding surface, for example, the sealing ability is exhibited. At the same time, it is possible to prevent the lubricating component of carbon from adhering to the corresponding joint surface and being oxidized, thereby achieving an effect of improving the lubricating function.
【００４２】又、この含有層は、高温酸化雰囲気中で
も、高温蒸気雰囲気中でも摺動面の酸化を防止して境界
摩擦状態や乾燥摩擦状態に於いて低摩擦を発揮させる効
果を奏する。又、炭素成形体の摺動面以外の全面が炭化
珪素の被覆層で覆われているので、高温酸化雰囲気中で
も、高温蒸気雰囲気中でも炭素成形体を保護して耐酸化
性、耐高温性の機能を発揮する効果も奏する。更に、炭
素成形体の強度を炭化珪素の被覆層により補強する効果
もある。This layer has the effect of preventing the sliding surface from being oxidized in a high-temperature oxidizing atmosphere or a high-temperature steam atmosphere and exhibiting low friction in a boundary friction state or a dry friction state. In addition, since the entire surface except the sliding surface of the carbon molded body is covered with the silicon carbide coating layer, the carbon molded body is protected even in a high-temperature oxidizing atmosphere or a high-temperature steam atmosphere, and has a function of oxidation resistance and high temperature resistance. Also has the effect of exhibiting. Further, there is an effect that the strength of the carbon molded body is reinforced by the coating layer of silicon carbide.
【００４３】請求項２に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品によれば、この含有層に金属リン酸化合物を含有
するので、５００°Ｃ以上の高温状態で耐酸化性を発揮
する効果を奏する。又、高温に於いても摩擦係数を小さ
く保持する効果を奏する。そして、炭素成形体の外面は
炭化珪素の被覆層により覆われているから、高温に於い
ても摺動面側がこの被覆層により酸化するのを防止され
る効果を奏する。更に、摺動時に摺動面側の炭化成形体
の強度を補強して損傷するもを防止する効果を奏する。According to the second aspect of the present invention, since the metal phosphoric acid compound is contained in this layer, the effect of exhibiting oxidation resistance at a high temperature of 500 ° C. or more is obtained. To play. In addition, there is an effect that the coefficient of friction is kept small even at a high temperature. Since the outer surface of the carbon molded body is covered with the coating layer of silicon carbide, the sliding surface side is prevented from being oxidized by the coating layer even at a high temperature. Further, there is an effect that the strength of the carbonized molded body on the sliding surface side during the sliding is reinforced to prevent damage.
【００４４】請求項３に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品によれば、酸化ケイ素が高温蒸気状態で耐酸化性
と同時に、低摩擦状態を長期に渡り発揮する効果を奏す
る。更に、金属リン酸化合物が、高温耐酸化性を発揮さ
せると共に、高温での摩擦係数を小さくする効果を奏す
る。そして、炭素成形体の外面は炭化珪素の被覆層によ
り覆われているから、高温に於いても摺動面側がこの被
覆層により酸化するのを防止されると共に、摺動時に摺
動面側の炭素成形体の強度を補強して摺動時に損傷する
のを防止する効果を奏する。According to the third aspect of the present invention, there is provided an effect that silicon oxide exhibits oxidation resistance in a high-temperature steam state and a low friction state for a long period of time. Further, the metal phosphate compound has the effect of exhibiting high-temperature oxidation resistance and reducing the coefficient of friction at high temperatures. Since the outer surface of the carbon molded body is covered with the coating layer of silicon carbide, the sliding surface side is prevented from being oxidized by the coating layer even at a high temperature, and the sliding surface side during sliding is prevented. This has the effect of reinforcing the strength of the carbon molded body to prevent damage during sliding.
【００４５】請求項４に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品によれば、金属リン酸化合物とリチウム化合物の
混合化合物が、高温耐酸化性を発揮させる効果を奏する
と共に、高温での摩擦係数を小さくする効果を奏する。
更に、リチウムが含有層を厚く形成させる働きをして、
１回で必要とする含有層の厚さに形成できる効果を奏す
る。そして、炭素成形体の外面は炭化珪素の被覆層によ
り覆われているから、摺動面側がこの被覆層により酸化
するのを効果的に防止されると共に、摺動時に摺動面側
の炭素成形体の強度を補強して損傷するのを効果的に防
止することができる。According to the sliding part of the present invention, the mixed compound of the metal phosphate compound and the lithium compound exhibits the effect of exhibiting the high-temperature oxidation resistance and the friction at a high temperature. This has the effect of reducing the coefficient.
Further, lithium acts to form a thick contained layer,
The effect of being able to be formed to the required thickness of the containing layer at one time is obtained. Since the outer surface of the carbon molded body is covered with the coating layer of silicon carbide, the sliding surface side is effectively prevented from being oxidized by the coating layer, and the carbon molding on the sliding surface side during sliding is effectively prevented. The strength of the body can be reinforced and the damage can be effectively prevented.
【００４６】請求項５に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品によれば、リン酸化合物の金属がアルミニウムの
場合には高温状態で摺動面の摩擦係数を小さく保持する
効果を奏する。又、リン酸化合物の金属が亜鉛の場合に
は、高温酸化雰囲気中でも炭素成形体の摺動面が酸化す
るのを効果的に防止することができる。そして、炭素成
形体の外面は炭化珪素の被覆層により覆われているか
ら、摺動面側がこの被覆層により酸化するのを効果的に
防止すると共に、摺動時に摺動面側の炭素成形体の強度
を補強して損傷するのを防止する効果を奏する。According to the fifth aspect of the present invention, when the metal of the phosphoric acid compound is aluminum, an effect of keeping the friction coefficient of the sliding surface small at a high temperature can be obtained. When the metal of the phosphate compound is zinc, it is possible to effectively prevent the sliding surface of the carbon molded body from being oxidized even in a high-temperature oxidizing atmosphere. Since the outer surface of the carbon molded body is covered with the coating layer of silicon carbide, the sliding surface side is effectively prevented from being oxidized by the coating layer, and the carbon molded body on the sliding surface side during sliding is effectively prevented. This has the effect of reinforcing the strength of the steel and preventing damage.
【００４７】請求項６に係わる本発明の炭素成形体の摺
動部品によれば、炭素成形体を覆う被覆層が、炭素成形
体の炭素が高温において酸化するのを防止する効果を奏
する。特に、被覆層が摺動面側の酸化するのを含有層と
協同して防止すると共に、摺動面側を補強する効果を奏
する。そして、この被覆層の厚さは、耐酸化性と、耐熱
性と、摺動面側の補強等を目的とするものであるから、
この目的を達成する必要最小の厚さで十分であり、被覆
層の成形は容易に製造できると共に、均一な厚さに成形
できる効果を奏する。According to the sixth aspect of the present invention, the coating layer covering the carbon molded body has an effect of preventing carbon of the carbon molded body from being oxidized at a high temperature. In particular, it is possible to prevent the coating layer from being oxidized on the sliding surface side in cooperation with the containing layer, and to provide an effect of reinforcing the sliding surface side. The thickness of the coating layer is intended for oxidation resistance, heat resistance, reinforcement of the sliding surface side, and the like.
The minimum thickness required to achieve this purpose is sufficient, and the coating layer can be easily manufactured and has an effect of forming a uniform thickness.
【図１】本発明に係わる摺動部品を取り付けたメカニカ
ルシールの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a mechanical seal to which a sliding component according to the present invention is attached.
【図２】本発明に係わる炭素成形体の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a carbon molded body according to the present invention.
【図３】本発明に係わる炭素成形体に被覆層を設けた断
面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view in which a coating layer is provided on a carbon molded body according to the present invention.
【図４】図３の炭素成形体の端面を切断面に加工した断
面図である。FIG. 4 is a sectional view in which an end face of the carbon molded body of FIG. 3 is processed into a cut surface.
【図５】本発明の摺動部品の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of the sliding component of the present invention.
【図６】本発明の被覆層の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a coating layer of the present invention.
１ 摺動部品 ２ 切断面 １０ 炭素成形体 ２０ 含有層 ２１ 切断面 ２２ 摺動面 ３０ 被覆層 １ メカニカルシール REFERENCE SIGNS LIST 1 sliding component 2 cut surface 10 carbon molded body 20 containing layer 21 cut surface 22 sliding surface 30 coating layer 1 mechanical seal
Claims (6)
れた炭素成形体の前記摺動面に耐酸化性を成す成分が含
まれる含有層を有すること、を特徴とする摺動部品。1. A sliding device comprising a carbon molded body covered with a silicon carbide coating layer except for a sliding surface, the sliding surface having a layer containing an oxidation-resistant component on the sliding surface. parts.
ること、を特徴とする摺動部品。2. The sliding component according to claim 1, wherein the containing layer contains a metal phosphate compound.
合物の混合化合物を含有すること、を特徴とする請求項
１に記載の摺動部品。3. The sliding component according to claim 1, wherein the containing layer contains a mixed compound of silicon oxide and a metal phosphate compound.
ム化合物の混合化合物を含有すること、を特徴とする請
求項１に記載の摺動部品。4. The sliding component according to claim 1, wherein the containing layer contains a mixed compound of a metal phosphate compound and a lithium compound.
又は／及び亜鉛であること、を特徴とする請求項２又は
請求項３又は請求項４に記載の摺動部品。5. The sliding part according to claim 2, wherein the metal of the phosphoric acid compound is aluminum and / or zinc.
ｍから５ｍｍの厚さに形成されていること、を特徴とす
る請求項１に記載の摺動部品。6. The silicon carbide coating layer has a thickness of 0.5 m.
The sliding component according to claim 1, wherein the sliding component is formed to have a thickness of m to 5 mm.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016143485A1 (en) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | 日本ピラー工業株式会社 | Floating ring mechanical seal |
| WO2023283917A1 (en) * | 2021-07-14 | 2023-01-19 | 浙江鲁溪密封件有限公司 | Mechanical seal structure of integrated moving ring assembly |
-
2001
- 2001-04-26 JP JP2001130138A patent/JP2002321991A/en active Pending
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